無團粒、粉末等的新型片狀氧化鋁

簡介片狀氧化鋁作為一種性能優良且具有特殊二維片狀結構、適中的表面活性、良好的附著力及顯著的屏蔽效應而得到大量研發，廣泛應用于填充劑、增韌劑、耐火材料和珠光顏料等。熔鹽法是近代發展起來的一種制備特定組分的各向異性粉體的簡便方法，熔鹽法是將產物的原成分在高溫下溶解于熔鹽熔體中，形成飽和溶液，然后通過緩慢降溫或蒸發溶劑等方法，形成飽和溶液而析出晶體。此方法具有合成溫度低、反應時間短、容易控制粉體顆粒形狀和尺寸等優點。采用溶膠凝膠和球磨混合兩種方法使原料與熔鹽充分混合，再用熔鹽法制備片狀氧化鋁，并對所得樣品進行比較。國外研究現狀國外對采用熔鹽法來制備片狀氧化鋁的研究比較早，Shinobu等以硫酸鋁經900℃煅燒得到的γ-Al2O3 為初始原料，硫酸鈉或硫酸鉀作為熔鹽，經高溫煅燒后得能得到粒徑為3.7 ～ 5μm、厚度為0.3μm 的片狀氧化鋁粉末。Nitta 等以硫酸鹽作為熔鹽，以可溶性鋁鹽配制出氧化鋁的溶膠，同時添加少量磷酸鹽及二氧化鈦來改善結晶環境。經過1200℃高溫燒結5h，制備出了六角片狀結構的氧化鋁粉體，所得的粉體粒徑在3 ～ 22μm 之間，其厚度約為0.2 ～ 0.3μm，徑厚比大于40。實 驗1 溶膠凝膠法用80℃的超純水溶解一定量的Al2(SO4)3·18H2O和熔鹽NaCl、KCl（氯化鈉與氯化鉀的摩爾比為1 ∶1），并向其中加入1%wt 的添加劑（二氧化鈦等）以及10%wt（與理論計算得到氧化鋁的質量百分比計）的50nm 的α-Al2O3 作為晶種，所得溶液標作A ；用80℃的超純水溶解化學計量相當的Na2CO3, 并添加3%wt 的Na3PO4·12H2O 作為添加劑，所得溶液標作B。將A、B溶液在80℃的水浴條件下混合制得氫氧化鋁溶膠。充分干燥后在不同溫度下煅燒4h，再水洗干燥后得到氧化鋁粉體。2 球磨混合法將Al(OH)3 在550℃下煅燒2h 得到的不定形氧化鋁作為初始原料，將原料與熔鹽NaCl、KCl（氯化鈉與氯化鉀的摩爾比為1 ∶ 1）混合后置于球磨罐中，并添加1%wt 的添加劑（二氧化鈦等）以及10%wt（與理論計算得到氧化鋁的質量百分比計）的50nm 的α-Al2O3 作為晶種，其中混合原料∶氧化鋯球∶去離子水的質量比為1∶ 4 ∶ 8，球磨時間為12h。待球磨后的粉料干燥后在不同溫度下煅燒4h，再水洗干燥后得到氧化鋁粉體。對以上兩種方法獲得的樣品進行XRD 與SEM 分析。結果與討論1 樣品粒徑與溫度關系以及物相分析從兩種方法所制備樣品的平均晶粒尺寸與熱處理溫度的關系中可以看出隨著熱處理制度的升高，平均晶粒尺寸也在不斷增大。所以降低樣品的熱處理制度是獲得較小尺寸片狀α-Al2O3 的關鍵。氧化鋁轉變為α 相的溫度一般為1200℃左右。為了得到小尺寸的片狀氧化鋁粉體，本實驗通過添加一定量納米氧化鋁的方法降低了氧化鋁的相變溫度。相變溫度的降低，降低了晶粒生長所需的能量，抑制了晶粒的長大速度。不添加納米氧化鋁添加劑時，在900℃煅燒后洗滌干燥得試樣的X 射線衍射圖譜，可以看出，得到的了氧化鋁粉末晶型為γ 型，其化學性質不穩定。相比較可知：納米氧化鋁作為添加劑能有效地降低氧化鋁的相變溫度。2 樣品的形貌分析兩種方式都能制備出片狀氧化鋁，狀氧化鋁粒徑為2 ～5μm，厚度為0.2 ～ 0.5μm，且粉體形狀較好、表面光滑，粉體粒徑及厚度的尺寸分部也比較均勻，片狀粉體徑厚比為10 左右；粉體粒徑為4 ～ 10μm，厚度為0.2 ～ 0.6μm，樣品粒徑的尺寸較大，而且形狀不規則并有團聚現象。氧化鋁之所以傾向于形成片狀晶體，其原因是因為液相吸附在晶面上，使得晶面的表面能降低。這一方面導致生成同樣面積晶面所需要的驅動力比晶面的??；另一方面導致它對氧化鋁分子的吸引力小，從而使方向的生長速度明顯大于方向。從晶體生長過程來看，晶體的生長特性是由晶粒不同晶面的生長速率來控制的，生長速度快的晶面最終逐漸消失，而生長較慢的晶面則會被保留下來，因而添加無機鹽的作用就是來控制各個晶面的不同生長速率，從而達到控制晶體形貌的目的。而在煅燒過程中，由于熔鹽對于各個晶面的潤濕程度不同，導致各個晶面的表面能也存在差異，迫使各個晶面生長速率不同，最終形成片狀氧化鋁。總結（1）在原料中添加少量納米氧化鋁能有效降低氧化鋁向α 相轉變的相變溫度，從而能獲得小尺寸的片狀α-Al2O3。（2）采用溶膠凝膠和熔鹽法結合方法能夠制備出具有理想形貌的片狀氧化鋁，粉體的粒徑2 ～ 5 μm，厚度為0.2 ～ 0.5 μm， 并且表面光滑、分布均勻。采用球磨混合和熔鹽法結合方法可制備出粒徑為4 ～ 10μm，厚度為0.2 ～ 0.6 μm 的片狀氧化鋁，相比溶膠凝膠方式制得的粉體，其粒徑較大、分布不太均勻。